Mechanisms for induction and regulation of memory B cell subsets exhibiting distinct recall responses

2021 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 20K21533
• Research Institution: Tokyo University of Science
• Principal Investigator: 北村 大介 東京理科大学, 研究推進機構生命医科学研究所, 教授 (70204914)
• Project Period (FY): 2020-07-30 – 2023-03-31
• Keywords: 記憶B細胞 / 免疫応答 / リコール応答

Outline of Annual Research Achievements

ウィルス等の抗原が体内に侵入すると、B細胞はそれに対する抗体を産生するとともに、記憶B細胞に分化し永く生存する。再び侵入した同じ抗原に出会うと、記憶B細胞は増殖した後形質細胞に分化して抗体を産生するか、胚中心B細胞に分化し記憶B細胞を再生する。この2種類のリコール応答は、それぞれ、CD80-high細胞とCD80-low細胞という異なる記憶B細胞サブセットに主に担われている。私たちは、この２つのサブセットへの分化運命は初回の免疫応答においてB細胞が受けるCD40シグナルの量により強く影響されることを見出した。すなわち、より抗原親和性の高いB細胞は優位な抗原提示を介してT細胞からより強いCD40刺激を受け、CD80-high 記憶B細胞へと分化する。一方、抗原親和性の低いB細胞は比較的低いCD40シグナルを受けてCD80-low細胞へと分化する。本研究では、このCD40刺激の量的違いにより生みだされ、2つの異なる記憶B細胞サブセットの形質維持を担う細胞内分子機構を解明し、それを制御することにより記憶B細胞のリコール応答を制御し得る方法を見出すことを目的とする。それにより、B細胞の抗原親和性に拘わらず、任意の記憶B細胞サブセットを優位に誘導できる免疫方法を見出し、新たなワクチンの開発が可能となる。また、自己抗体が主な病因である自己免疫疾患において、交差反応により常在細菌に感作されたB細胞が自己反応性記憶B細胞となり、自己抗体の産生源となる可能性が示されているが、このような記憶B細胞形成を制御することにも応用が可能と思われる。

Current Status of Research Progress

4: Progress in research has been delayed.

Reason

CD40Lの発現量が高いフィーダー細胞（40LB-hi）と低い フィーダー細胞（40LB-lo）の上で培養して得られたinduced germinal center B細胞（iGB細胞）をマウスに移入すると、それぞれCD80-highあるいはCD80-low 記憶B細胞に分化しやすいという結果が得られている。これを基に、CD80-highあるいはCD80-low 記憶B細胞への分化方向を決定する因子を探索する目的で、40LB-hiあるいは40LB-lo上で24時間培養したB細胞における遺伝子発現およびオープンクロマチン領域を網羅的に解析する予定であった。しかし、誘導したB細胞集団の不均質性のためか、再現性のある両者間での明瞭な差異が見出されなかった。よって、この計画は断念せざるを得なかった。

Strategy for Future Research Activity

脾臓B細胞から辺縁帯B細胞や記憶B細胞、胚中心B細胞を除き、ナイーブな濾胞B細胞を純化して40LB-hiあるいは 40LB-lo上で培養し、それらB細胞を、in vivoでのCD80-highあるいはCD80-low 記憶B細胞への分化を確認した上で、それぞれsingle cell RNA-seqで解析し、両者間で異なるB細胞サブセット（記憶B前駆細胞）を同定する。そして、そのRNA発現プロファイルより、それらの記憶B前駆細胞サブセットの形質維持を担う細胞内分子機構を解明すると同時に、それぞれに特徴的な細胞表面マーカーや代謝経路など標的となり得る分子を探索する。

Causes of Carryover

当初計画していた実験が想定通りに進まなかったので、その次の段階の実験に進めなかった。よって、計画を変更して、新たな実験を行う。

Research Products

• [Journal Article] An IL-9-pulmonary macrophage axis defines the allergic lung inflammatory environment. (2022)
  • Author(s): Fu, Y., Wang, J., Zhou, B., Pajulas, A., Gao, H., Ramdas, B., Koh, B., Ulrich, B.J., Yang, S., Kapur, R., Renauld, J.-C., Paczesny, S., Liu, Y., Tighe, R.M., Licona-Limon, P., Flavell, R.A., Takatsuka, S., Kitamura, D., Tepper, R.S., Sun, J., and Kaplan, M.H.
  • Journal Title: Science Immunology Volume: 7 Pages: eabi9768
  • DOI: 10.1126/sciimmunol.abi9768
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Integrin CD11b provides a new marker of pre-germinal center IgA+ B cells in murine Peyer's patches. (2022)
  • Author(s): Gao P, Adachi T, Okai S, Morita N, Kitamura D, Shinkura R.
  • Journal Title: International Immunology Volume: 34 Pages: 249-262
  • DOI: 10.1093/intimm/dxab113
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Protein kinase Cδ is essential for the IgG response against T-cell-independent type 2 antigens and commensal bacteria. (2021)
  • Author(s): Fukao, S., Haniuda, K., Tamaki, H. and Kitamura, D.
  • Journal Title: eLife Volume: 10 Pages: e72116
  • DOI: 10.7554/eLife.72116
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] C/EBPβ induces B-cell acute lymphoblastic leukemia and cooperates with BLNK mutations. (2021)
  • Author(s): Kurata, M., Onishi, I., Takahara, T., Yamazaki, Y., Ishibashi, S., Goitsuka, R., Kitamura, D., Takita, J., Hayashi, Y., Largaesapda, D.A., Kitagawa, M. and Nakamura, T.
  • Journal Title: Cancer Science Volume: 112 Pages: 4920-4930
  • DOI: 10.1111/cas.15164
  • Peer Reviewed / Open Access / Int'l Joint Research
• [Journal Article] MicroRNA-directed pathway discovery elucidates an miR-221/222-mediated regulatory circuit in class switch recombination. (2021)
  • Author(s): Wigton, E.J., Mikami, Y., McMonigle, R.J., Castellanos, C.A., Wade-Vallance, A.K., Zhou, S.K., Kageyama, R., Litterman, A., Roy, S., Kitamura, D., Dykhuizen, E.C., Allen, C.D.C., Hu, H., O'Shea, J.J., Ansel, K.M.
  • Journal Title: Journal of Experimental Medicine Volume: 218 Pages: e20201422
  • DOI: 10.1084/jem.20201422
  • Peer Reviewed / Int'l Joint Research
• [Journal Article] Mechanisms for the regulation of memory B-cell recall responses in mice. (2021)
  • Author(s): Kitamura, D.
  • Journal Title: International Immunology Volume: 33 Pages: 791-796
  • DOI: 10.1093/intimm/dxab042
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Journal Article] Multi-faceted regulation of IgE production and humoral memory formation. (2021)
  • Author(s): Haniuda, K. and Kitamura, D.
  • Journal Title: Allergology International Volume: 70 Pages: 163-168
  • DOI: 10.1016/j.alit.2020.11.002
  • Peer Reviewed / Open Access
• [Presentation] Pathogenic antibody production by microbiota in an IgA nephropathy mouse model. (2021)
  • Author(s): 北村大介
  • Organizer: 5th Symposium of the International Immunological Memory and Vaccine Forum
  • Int'l Joint Research / Invited
• [Presentation] IgA腎症におけるIgA自己抗体産生 (2021)
  • Author(s): 北村大介、二瓶義人、東山瑞希、岩崎裕幸、久斗陸、羽生田圭、鈴木祐介
  • Organizer: 第85回日本インターフェロン・サイトカイン学会学術集会
  • Invited
• [Presentation] B細胞におけるIgE産生制御 (2021)
  • Author(s): 北村大介
  • Organizer: 第7回総合アレルギー講習会
  • Invited
• [Patent(Industrial Property Rights)] IgA腎症に関連する自己抗体 (2021)
  • Inventor(s): 北村大介，鈴木祐 介，二瓶義人
  • Industrial Property Rights Holder: 北村大介，鈴木祐 介，二瓶義人
  • Industrial Property Rights Type: 特許
  • Industrial Property Number: PCT/JP2021/044409
  • Overseas